Wie hält das Gehäuse vom Föhn, wie sind Reifen am Auto befestigt und wie sind die Elemente einer Stahlbrücke montiert? Durch Schraubenverbindungen werden viele Dinge in unserem Alltag zusammengehalten. Die Schraube ist ein unbeachteter Held im Alltag, und das möchte ich hier etwas näher beleuchten.
Archimedische Schraube
Die älteste uns bekannte Schraube ist die Archimedische Schraube. Sie wird auch Schneckenspindel genannt und wurde ca. 250 v. Chr. erfunden. Eine solche Bewegungsschraube diente zur Beförderung von Wasser. Werkstoff waren Holz und später Metalle.
Auch für Ritterrüstungen wurden Schrauben eingesetzt. Diese wurden in mühevoller Handarbeit gefertigt und waren Unikate. Gegen Ende des 17. Jahrhunderts entstanden die ersten Schraubenschmieden. Durch die Industrialisierung im 18. Jahrhundert stieg der Bedarf und es gab erste Schraubenfabriken. Dort wurden Befestigungsschrauben maschinell hergestellt.
Im 19. Jahrhundert stieg der technische Fortschritt rasant. Maschinen wurden erfunden, welche die Arbeitswelt nachhaltig verändert haben. Beispiele dafür sind die Dampfmaschine und das Eisenbahnwesen. Das Thema Normung gewann dadurch eine zentrale Bedeutung. Aus diesem Grund wurde in Europa das metrische System eingeführt.
Gewinde
Die Schraubenverbindung ist, im Vergleich zu anderen Verbindungsarten wie z. B. Schweißen oder Kleben, eine lösbare Verbindung. Das ist ein Vorteil, da Maschinen oder Bauteile wieder zerstörungsfrei demontiert werden können. Um beim Beispiel unseres Autos zu bleiben, wir können problemlos Sommer- und Winterreifen wechseln und dazu dieselben Schrauben oder Muttern verwenden.
Das Gewinde kann man sich als Schiefe Ebene vorstellen, welche um einen Zylinder gewickelt wird. Schiefe Ebenen werden eingesetzt, um Kraft zu sparen. Vereinfacht ausgedrückt, durch ein moderates Anziehdrehmoment erreichen wir eine große Vorspannkraft. Der Flankenwinkel eines metrischen Gewindes beträgt 60°, die Gewindesteigung ist der Abstand von 2 Gewindetälern und hängt vom Durchmesser ab. Das metrische ISO-Gewinde wurde im Jahr 1964 genormt.
Produktion von Befestigungselemente
1) Werkzeugherstellung
Damit Schrauben oder Muttern auf der Presse hergestellt werden können, benötigt man ein Werkzeug, das im Werkzeugbau gefertigt wird.
2) Rohmaterial
Schrauben und Muttern werden aus Draht hergestellt. Das Rohmaterial selber nennt man Drahtcoil. Bei Anlieferung des Rohmaterials wird es durch die Qualitätsabteilung überprüft und eingelagert.
3) Wärmebehandlung der Drahtcoils
In einem Ofen wird das Rohmaterial wärmebehandelt. Dies ist notwendig, um den Draht von Spannungen aus der Stahlproduktion zu befreien.
4) Abbeizen und Phosphatieren
Durch Abbeizen und Phosphatieren wird der Draht für die Produktion vorbereitet.
5) Ziehen des Drahtes
Damit ein gleichmäßiger Durchmesser gewährleistet wird, zieht man den Draht durch eine Matrize, danach geht es zur Presse.
6) Pressen
a) Kaltverformung
Auf einer Mehrstufenpresse wird die Schrauben in mehreren Arbeitsschritten hergestellt. Der Draht wird dabei in kaltem Zustand zugeführt. Die Kaltverformung eignet sich für sehr große Produktionsmengen.
b) Warmverformung
Damit der Schraubenkopf geformt werden kann wird es ab ca. M30 notwendig das Rohmaterial zu erhitzen. Diese Art der Produktion ist für kleinere bis mittlere Stückzahlen geeignet.
7) Gewindewalzen und Gewindeschneiden
Das Gewinde einer Schraube wird spanlos hergestellt und gewalzt. Das Muttergewinde wird in die vorbereitete Bohrung hineingeschnitten.
8) Vergütung
Damit Verbindungselemente die geforderten mechanischen Eigenschaften bekommen, werden die Schrauben bzw. Muttern in einem Ofen durch Härten und Anlassen vergütet.
9) Korrosionsschutz
Bleibt die Schraube blank, wird sie nach der Vergütung eingeölt und verpackt. Die gängigste Beschichtung ist das galvanische Verzinken. Je nach Anwendung bekommen Befestigungselemente auch eine Feuerverzinkung, Zinklamellenbeschichtung oder einen anderen Korrosionsschutz.
10) Qualitätskontrolle
Die Qualitätskontrolle begleitet alle Arbeitsschritte. Nach der abschließenden Überprüfung wird die Charge freigeben und in die Verpackungsabteilung gebracht.
11) Verpacken
Die Schrauben werden in Kartons und auf Paletten verpackt und gehen danach direkt an den Kunden oder ins Lager.
